Nieuw werk van Carnegie's Stephen Elardo en Anat Shahar laat zien dat interacties tussen ijzer en nikkel onder de extreme drukken en temperaturen vergelijkbaar met een planetair interieur wetenschappers kunnen helpen de periode in de jeugd van ons zonnestelsel te begrijpen waarin planeten werden gevormd en hun kernen werden gecreëerd. Hun bevindingen zijn gepubliceerd door Natuur Geowetenschappen .

De aarde en andere rotsachtige planeten werden gevormd toen de materie rond onze jonge zon langzaam aangroeide. Op een bepaald moment in de vroegste jaren van de aarde, zijn kern gevormd door een proces dat differentiatie wordt genoemd - wanneer de dichtere materialen, zoals ijzer, naar binnen gezonken naar het centrum. Dit vormde de gelaagde samenstelling die de planeet vandaag heeft, met een ijzeren kern en een silicaat bovenmantel en korst.

Wetenschappers kunnen geen monsters nemen van de kernen van de planeten. Maar ze kunnen ijzerchemie bestuderen om de verschillen te begrijpen tussen de differentiatie van de aarde en hoe het proces waarschijnlijk werkte op andere planeten en asteroïden.

Een sleutel tot het onderzoeken van de differentiatieperiode van de aarde is het bestuderen van variaties in ijzerisotopen in monsters van oude rotsen en mineralen van de aarde, evenals van de maan, en andere planeten of planetaire lichamen.

Elk element bevat een uniek en vast aantal protonen, maar het aantal neutronen in een atoom kan variëren. Elke variatie is een andere isotoop. Als gevolg van dit verschil in neutronen, isotopen hebben iets verschillende massa's. Deze kleine verschillen betekenen dat sommige isotopen de voorkeur genieten bij bepaalde reacties, wat resulteert in een onbalans in de verhouding van elke isotoop die is opgenomen in de eindproducten van deze reacties.

Een opmerkelijk mysterie op dit front was de significante variatie tussen ijzerisotoopverhoudingen gevonden in monsters van geharde lava die uitbarstte uit de bovenmantel van de aarde en monsters van primitieve meteorieten, asteroïden, de maan, en Mars. Andere onderzoekers hadden gesuggereerd dat deze variaties werden veroorzaakt door de maanvormende gigantische impact of door chemische variaties in de zonnenevel.

Elardo en Shahar waren in staat om laboratoriuminstrumenten te gebruiken om de omstandigheden diep in de aarde en andere planeten na te bootsen om te bepalen waarom ijzerisotopenverhoudingen kunnen variëren onder verschillende planetaire vormingsomstandigheden.

Ze ontdekten dat nikkel de sleutel is om het mysterie te ontrafelen.

Onder de omstandigheden waarin de maan, Mars, en de kernen van de asteroïde Vesta werden gevormd, preferentiële interacties met nikkel behouden hoge concentraties lichtere ijzerisotopen in de mantel. Echter, onder de heter en hogere druk die worden verwacht tijdens het vormingsproces van de kern van de aarde, dit nikkeleffect verdwijnt, die kunnen helpen bij het verklaren van de verschillen tussen lava's van de aarde en andere planetaire lichamen, en de gelijkenis tussen de aardmantel en primitieve meteorieten.

"Er valt nog veel te leren over de geochemische evolutie van planeten, "Zei Elardo. "Maar laboratoriumexperimenten stellen ons in staat om diepten te onderzoeken die we niet kunnen bereiken en om te begrijpen hoe planetaire interieurs zich in de loop van de tijd hebben gevormd en veranderd."